[發明專利]一種用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法

有效

• 申請號: 201910055544.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109623878B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 康榮杰;楊鋮浩;劉金國;唐昭;戴建生
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

1.一種用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法，其特征在于，該方法通過用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統實現，該系統包括手腕平臺和手腕關節驅動機構，所述手腕關節驅動機構包括第一錐齒輪、第二錐齒輪和第三錐齒輪，所述第一錐齒輪、所述第三錐齒輪和所述第二錐齒輪依次正交嚙合；所述第一錐齒輪和所述第二錐齒輪，兩者左右對稱設置，兩者在互相背對的一側分別對稱連接有一個Y向傳動軸，每個所述Y向傳動軸由一個電機驅動；每個所述電機的輸出軸上設有電機編碼器；所述第三錐齒輪與X向傳動軸連接；所述X向傳動軸上設有冗余角度傳感器，所述X向傳動軸與所述手腕平臺固接；

該方法包括如下步驟：

步驟a-1，驅動左右兩側的電機，使左右兩側的Y向傳動軸旋轉方向從同一側看相同且兩者的旋轉角度均為θ_a，θ_a通過電機編碼器輸出的檢測值確定；根據X向傳動軸上冗余角度傳感器檢測值進行判斷，若冗余角度傳感器檢測值為零時，則結束標定；若冗余角度傳感器檢測值為θ_b，且θ_b不為零時，則進行下一步；

步驟a-2，驅動左右兩側的電機，使左右兩側的Y向傳動軸旋轉方向從同一側看相反且兩者的旋轉角度均為θ_a，θ_a通過電機編碼器輸出的檢測值確定；根據X向傳動軸上冗余角度傳感器檢測值進行判斷，若冗余角度傳感器檢測值為θ_a時，則結束標定；若冗余角度傳感器檢測值為θ_c，且θ_c與θ_a的絕對值不相等時，則進行下一步；

步驟a-3，設左側Y向傳動軸對應的電機編碼器檢測值，與左側Y向傳動軸實際轉動角度之間的誤差為θe1；設右側Y向傳動軸對應的電機編碼器檢測值，與右側Y向傳動軸實際轉動角度之間的誤差為θe2；根據步驟a-1和步驟a-2得到的冗余角度傳感器檢測值，如果步驟a-1中，冗余角度傳感器右偏θ_b，則得到θe1＝θ_a-θ_b-θ_c，θe2＝θ_a+θ_b-θ_c；如果步驟a-1中，冗余角度傳感器左偏θ_b，則得到θe1＝θ_a+θ_b-θ_c，θe2＝θ_a-θ_b-θ_c。

2.根據權利要求1所述的用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法，其特征在于，每個所述電機的輸出軸上還設有轉矩傳感器；所述X向傳動軸上還設有冗余轉矩傳感器。

3.根據權利要求2所述的用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法，其特征在于，該系統還包括上位機、信號處理器和電機驅動器；所述信號處理器接收來自所述轉矩傳感器、所述電機編碼器、所述冗余角度傳感器和所述冗余轉矩傳感器的信號，處理后輸出信號至所述上位機；所述上位機輸出信號至所述電機驅動器，所述電機驅動器與所述電機電連接。

4.根據權利要求3所述的用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法，其特征在于，所述信號處理器包括濾波器和模數轉換器。

5.根據權利要求2所述的用于仿人靈巧手手腕關節的傳感系統的自標定方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟b-1，驅動左右兩側的電機，使左右兩側的Y向傳動軸輸出的轉矩從同一側看方向相同且兩者的輸出轉矩均為τ_a，τ_a通過轉矩傳感器輸出的檢測值確定；根據X向傳動軸上冗余轉矩傳感器檢測值進行判斷，若冗余轉矩傳感器檢測值為零時，則結束標定；若冗余轉矩傳感器檢測值為τ_b，且τ_b不為零時，則進行下一步；

步驟b-2，驅動左右兩側的電機，使左右兩側的Y向傳動軸輸出的轉矩從同一側看方向相反且兩者的輸出轉矩均為τ_a，τ_a通過轉矩傳感器輸出的檢測值確定；根據X向傳動軸上冗余轉矩傳感器檢測值進行判斷，若冗余轉矩傳感器檢測值為τ_a時，則結束標定；若冗余轉矩傳感器檢測值為τ_c，且τ_c與τ_a的絕對值不相等時，則進行下一步；

步驟b-3，設左側Y向傳動軸對應的轉矩傳感器檢測值，與左側Y向傳動軸實際輸出轉矩之間的誤差為τe1，設右側Y向傳動軸對應的轉矩傳感器檢測值，與右側Y向傳動軸實際輸出轉矩之間的誤差為τe2，根據步驟b-1和步驟b-2得到的冗余轉矩傳感器檢測值，如果步驟b-1中，τ_b方向是順時針，則得到τe1＝τ_a-τ_b-τ_c，τe2＝τ_a+τ_b-τ_c；如果步驟b-1中，τ_b方向是逆時針，則得到τe1＝τ_a+τ_b-τ_c，τe2＝τ_a-τ_b-τ_c。